五相永磁同步电机集成驱动矢量控制策略研究

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电机驱动器的集成化设计是满足电动汽车高功率密度、高效率、低成本、高集成性的重要技术路线。五相永磁同步电机具有功率密度高、转矩波动小、适合低压大功率以及可容错运行的优点,在电动汽车的驱动系统中具有宽阔的应用前景。本文,基于SiC器件的集成驱动平台,考虑三次谐波的影响,对五相永磁同步电机单平面的二维电流闭环矢量控制、双平面的四维电流闭环控制以及单相开路故障模式下的矢量控制策略进行研究。论文首先对五相永磁同步电机的矢量控制策略进行研究,考虑到五相永磁同步电机驱动控制系统中多出了两个谐波分量的控制量,因此其控制策略也有两种不同的方式,单平面控制和双平面控制。为了解决单平面矢量控制中无法对三次谐波电流进行闭环控制的问题,本文对双平面的矢量脉宽调制(SVPWM)算法进行了研究,在基波子平面和谐波子平面内分别采用相邻四矢量的方法合成各自的参考矢量而互不干扰,并利用中心化的思想统一各矢量作用时间,既保证了输出的调制电压不变还减小了谐波成分,实现了双平面的矢量脉宽调制。其次,针对五相电机中最常见的单相开路故障,基于维持基波磁动势不变的原则,推导降阶后的旋转变换矩阵,得到单相开路故障模式下的五相电机容错解耦模型。并针对单相开路故障下,电机绕组中性点发生偏移,不易得到单相开路故障下的脉宽调制算法,利用计算得到的故障相的相反电势对静止坐标系下的uα1进行补偿,推导出适用单相开路故障的SVPWM算法,为了实现故障下的双平面调制,同样采用中心化思想统筹两个子空间的各矢量作用时间,实现了单相开路故障下的矢量脉宽调制。最后,搭建基于SiC器件的集成驱动实验平台,通过改进和完善集成驱动的结构,减小了寄生参数,获得了较好的SiC驱动性能。并基于DSP+FPGA的主控芯片,对单平面的相邻四矢量SVPWM算法、双平面的脉宽调制算法以及单相开路故障下的脉宽调制算法进行实验验证。
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